薄煤层智能回采系统关键技术研究

介绍了国内外薄煤层智能化回采技术发展概况;重点阐述了液压支架全工作面跟机智能化技术、采煤机全工作面智能切割技术、工作面视频监控技术、液压支架电液控制技术、工作面直线度控制技术、智能化远程集控技术、智能化集成供液控制技术、超前支护智能控制技术等薄煤层智能回采系统关键技术原理;针对目前矿井薄煤层回采存在开采难度大、经济效益低、资源采出率低等问题,从采煤机三维智能定位、煤岩界面智能识别、液压支架智能控制3个方面探讨了薄煤层智能回采系统关键技术的发展趋势。     

基于透明工作面的智能化开采概念、实现路径及关键技术

提出了以煤层透明化、综采装备透明化、决策及控制透明化为核心的基于透明工作面的智能化开采概念,即在综采工作面煤层地质增强感知的基础上实现工作面开采过程的全面感知、信息集成与分析、智能生产决策、综采装备自适应控制;从感知、分析、决策、执行4个层次指出了基于透明工作面的智能化开采实现路径,即煤层超前探测、“机-环”模型关联、采前规划决策及随采智能控制;阐述了基于透明工作面的智能化开采依托的三大关键技术,即地质勘探技术、综采装备定位技术及三维激光扫描技术。基于透明工作面的智能化开采以达到综采装备智能决策和自主执行为目标,可为最终实现无人化开采奠定坚实基础。     

煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望

全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践,分析了存在的不足;提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩的智能耦合自适应控制、工作面直线度智能控制、基于系统多信息融合的协同控制、超前支护及辅助作业的智能化控制5项关键技术,为将智能开采由目前的初级阶段升级为自学习、自决策、自修正的高级阶段奠定技术基础;对煤炭行业近期、中期和远期提出了智能化、有限无人化和流态化的技术发展方向和目标,展望了可能的发展路径及需要突破的关键技术和发展方向。     

煤炭智能化开采模式和关键技术研究

针对智能化开采的概念、模式和技术存在模糊的现状,简述了无人化技术、智能化技术和数字化技术的概念和区别。结合采煤技术发展的历程,基于采煤技术手段的变革,提出了智能化开采的2种技术模式:智能自适应开采技术模式和工作面自动化+可视化远程干预半智能开采技术模式,分别对这2种技术模式的关键技术进行了分析研究。研究结果表明,2种技术模式皆能实现智能开采并满足实际应用需求,未来趋向于2种模式交叉并列发展,以实现采煤工作面的智能控制。     

膏体充填工作面智能化系统的设计与应用

为了实现膏体充填工作信息化、可视化、智能化、自动化,保证人员和设备安全,优化生产工艺,降低事故发生率,促进我国煤炭绿色开采技术进步,设计了膏体充填工作面智能化系统。硬件方面,通过采用在后隔离板中间区域安装电容液位传感器的方式,在保证整体隔离效果的前提下,实现了精确测量充填液位的目的。同时,设计了一种新型的雷达液位传感器系统,实现了充填工作面液位的连续精确测量。软件方面,开发了一套智能充填开采全流程数据采集与监视控制(SCADA)系统。该系统已经在某煤矿厂成功运行,实现了充填工艺全过程的数字化及透明化,从而促进了充填过程的安全精益生产。所设计的系统将充填过程由地面集控室一键操作代替井下人工手动操作,可将充填工、管路巡视工、阀门操作人员定员由原来的12人缩减为3人,从而显著提升生产效率、提高充填工作面产能,具有良好的经济效益。     

一种基于深度视觉的井下充填智能监控方法

矿山开采智能化是今后采矿业发展的趋势,采矿业充填监测智能化的技术开发是重点环节之一。针对复杂恶劣的井下环境,开展嵌入式深度视觉识别技术研究,对采集到的井下视频数据进行预处理,利用Yolov3网络进行处理,从而获得泄漏等相关信息,为监控决策提供依据和支持。     

充填液压支架三维场景监测系统设计

目前充填工作面设备监测系统采用以二维监测为主的传统监测方式,随着充填液压支架在井下的应用逐渐增多,充填液压支架的各部件运动和群支架协同运动的准确性对井下充填采煤效率影响很大,而二维平面运动已无法描述充填液压支架的复杂动作,需要将监测界面上升到三维空间,从不同位置、不同角度监测充填液压支架的工作状况,提高矿井安全系数。针对上述问题,采用三维引擎技术,设计了一种充填液压支架三维场景监测系统,该系统主要由三维虚拟仿真软件、数据采集模块及数据通信模块组成。三维虚拟仿真软件基于Unity3d,用于建立系统监测界面,通过计算机显示充填液压支架的顶板压力值、各销轴之间的角度偏移量及液压缸的位移量等监测数据的动态变化,实现对充填液压支架的三维实时监测。系统监测界面可分为实体场景监测界面和数据监测界面2个部分:实体场景监测界面采用3ds Max建模软件建立充填工作面设备三维实体模型及三维场景模型,并对三维模型进行优化和渲染处理,实现与实际充填工作面空间动作完全一致的场景驱动;数据监测界面通过数据采集模块采集、分析与处理充填工作面的工作状态信息,通过数据通信模块将信息传输到三维虚拟仿真软件,实现监测数据与软件相匹配。实际应用效果验证了该系统的有效性。     

大采高工作面智能化综采关键技术研究

为了解决大采高综采工作面用人多、劳动强度大等问题,针对陕西陕煤黄陵矿业有限公司二号煤矿实际情况,分析了大采高工作面智能化综采存在的片帮精准控制难、底软拉架难及装备可靠性、感知精准度、协同性差等技术难题;选用可视化远程干预型技术路线来实现大采高综采工作面智能常态化开采;重点研究了高效采煤工艺、防片帮控制技术、底软智能控制技术和顶板破碎智能控制技术。通过采煤工艺革新,三角煤截割效率提高了30%;在煤壁发生片帮的不同阶段采用不同的控制手段,实现了护帮板精准控制;通过液压支架多次降架模拟人工操作的方式完成底板软弱条件下的智能化处理,解决了架前堆煤问题;通过液压支架超前拉架的方式完成工作面顶板破碎条件下的智能化处理,确保顶板破碎区域可以智能开采。二号煤矿实践表明,采用智能化综采技术后,实现了以工作面设备智能运行为主、现场干预控制为辅的智能化生产模式,以及井下7人作业、地面2人监控的"7+2"作业模式,达到了减员提效的目的。     

榆阳煤矿风积砂高水膨胀材料充填开采试验

以榆阳煤矿2307综采充填工作面为背景,采用风积砂高水膨胀材料充填技术进行了开采试验。充填材料主要为风积砂、粉煤灰、石膏、生石灰等常用建筑材料,根据充填材料要求并通过试验确定了配比为风积砂366.3kg/m~3、粉煤灰366.3kg/m~3、辅料81.6kg/m~3、水650.8kg/m~3;按照满足直接顶不出现初次断裂的条件,得出充填步距为6.4m;采用2套充填能力为180m~3/h的充填料浆制备装置和充填管路对工作面采空区进行充填,充填能力达360m~3/h;提出了具体的充填工艺流程。试验结果表明,工作面无明显来压现象,充填体强度基本满足要求,巷道围岩变形较小,有效控制了地表下沉,达到了保水采煤的目标,提高了矿区经济效益。     

王庄煤矿墩柱充填开采参数优化的数值模拟研究

针对王庄煤矿七采区4号薄煤层采用的墩柱充填采煤法,运用FLAC3D数值模拟方法优化研究了墩柱充填开采的关键技术参数,分析了墩柱间排距、埋深、采高等技术参数对墩柱充填体长期稳定性的影响,得出了墩柱充填体稳定性随间排距、埋深、采高的增大均呈现下降趋势的结论;结合王庄煤矿七采区试验工作面条件,以弹性核区比例界定临界安全值,通过垂直应力变化进行检验,优化确定了该矿墩柱充填开采方案:墩柱充填尺寸为6m×6m,墩柱间排距为4m。实际应用结果表明,该墩柱充填开采方案使采空区充填率降低至30%,而地表最大下沉量仅为48mm,能够有效控制地表沉降,实现了安全开采。     

《工矿自动化》2018年征稿通知

<正>为交流推广近年来煤矿自动化、信息化、智能化领域取得的新理论、新技术、新装备等成果,推进智能矿山建设,有效提高我国煤矿安全保障能力,《工矿自动化》拟在2018年第12期出版"煤矿自动化、信息化、智能化理论与技术"专刊。围绕此次专刊,现面向全国征集相关论文。1征文内容与方向(1)智能化综采工作面生产关键技术与控制系统;(2)智能化掘进工作面成套装备;(3)井下高速有线和无线网络通信技术;(4)基于物联网与大数据的新一代矿井生产监测监控     

面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术

在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上,围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现状,提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵,凝练出其5种关键技术,即多源信息智能感知、多网融合传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害监控预警、矿井灾害应急救援;指出基于透明地球的煤炭精准开采和基于物联网的智能感知是实现未来无人矿山的两大技术体系,其中精准开采是技术核心,物联网是技术保障;以煤矿动力灾害精准预警物联网为例,阐述了其包含感知层、网络层、应用层和公共技术的体系架构,并介绍了其工程应用,为实现煤炭精准开采科学构想提出了技术路径。     

盛泉矿业公司实现绿色开采

煤矿为国家经济建设贡献大量能源的同时，也产生了大量被废弃的矸石。目前我国煤矿矸石总堆积量已超过25亿t，且还正以每年约1.3亿t的速度增加。大量矸石长期露天堆放，不仅侵占了耕地，而且由于自燃造成大气污染和酸高危害：山东新汶矿业集团盛泉矿业公司成功探索出煤矿井下原生矸石充填与开采一体化技术，成功破解了这一难题。2006年10月21日，该技术通过了专家鉴定。     

智能完井技术测试与控制系统设计

智能完井技术是数字化智能化油藏开采的一项新技术,测控系统是其核心.对智能完井测控系统的硬件系统和软件系统进行了设计,通过井下温度和压力传感器采集温度和压力数据,利用温度、压力与流量的关系对井下每个层位的流量进行计算,开发了一套智能优化开采系统,对井下生产数据进行实时监测和分析,利用油藏优化开采理论,确定优化开采方案,自动控制井下各油层流量控制阀套,实现油井的优化开采.现场试验表明,该套智能完井测控系统可以实现油井的智能优化开采.     

基于意识-情感-智能三位一体的煤矿供液过程控制

为保障煤矿工作面液压支架安全高效运行,提高供液系统智能化水平,通过分析供液系统多层智能控制目标,借鉴高等人工智能原理中的意识-情感-智能三位一体思想,设计并构建了供液系统的智能控制模型。针对现有自动化水平的供液基础控制技术、欠成熟智能化水平的稳压供液预测技术和成熟智能化水平的智能供液控制技术,分别设计基础意识模块、情感模块和理智与决策模块的功能结构,并将其嵌入智能供液系统,实现供液过程智能控制。上述系统在潞安集团王庄煤矿8110综采工作面进行了工业性试验,并取得了理想的控制效果。     

瓦斯抽采智能化钻探技术及装备的发展与展望

总结了井下远距离控制钻进、地面控制钻进、地面远距离自动控制钻进、遥控自动钻进等现有煤矿瓦斯抽采智能化钻探技术与装备的成果与不足;提出了实现瓦斯抽采智能化钻探需要攻克的钻进工况智能感知、钻进过程智能控制、瓦斯防治钻孔智能设计、钻探装备自主导航与定位等关键技术,并指出了可能的解决途径;展望了瓦斯抽采智能化钻探技术的发展方向与发展途径,提出了逐步分级实现瓦斯抽采钻探智能化的3个阶段,包括全自动钻机、智能化钻机和钻孔机器人,并指出需从多个环节入手,全面推进瓦斯抽采智能化钻探技术的创新与应用。     

基于无线基站的煤矿智能电力监控系统设计

煤矿电力系统智能化改造或建设应实现高效率传输、低成本维护的应用与管理,有很多煤矿未建设电力监控系统或只符合智能化建设的部分标准要求,系统功能单一,只能进行实时数据显示及远程控制,在煤矿井下生产工作面快速推进、设备频繁搬迁及复杂环境下,电力监控系统的数据传输可靠性与维护工作量成为首要解决问题。以国家能源集团宁夏煤业有限责任公司清水营煤矿为研究对象,采用行业内新型智能技术和理论,结合清水营煤矿现有技术条件,设计了一种基于无线基站的煤矿智能电力监控系统。详细介绍了煤矿智能电力监控系统的整体架构和关键技术的应用。该系统融合了智能矿山、边缘计算、无线采集终端、设备精确定位、GIS、无线互联、智能故障诊断等概念,将智能化技术与煤矿电力监控系统的基础功能进行深度融合,为煤矿智能化设计理论提供了技术保障。     

深部冲击地压智能防控方法与发展路径

为了解决冲击地压威胁深部智能开采与防控人员安全问题,提出了深部冲击地压智能防控方法。基于基础静载荷诱发冲击地压启动的关键作用,指出深部冲击地压智能防控的理论基础是自动探测采掘空间内围岩基础静载荷,并实现智能化、精准化降低其集中程度,以提高后期获取增量静载荷、动载荷的门槛,从而达到冲击地压防控目的。提出了未来深部冲击地压智能防控研究发展路径:冲击地压灾害多源信息主动调度理论与方法,多源信息融合的防灾治灾方案专家库,高速交互智慧机器人与信息化装备,冲击地压灾害智能治理与复合灾害自适应技术,重大灾害防控效能自评价技术。     

基于μC/OS-Ⅱ智能监控分站节点的设计

为了提高井下安全系统分站节点的监控性能,利用μC/OS-Ⅱ在ARM Cortex-M3硬件平台上开发设计基于CAN总线的矿用分站节点,实现了井下环境参数的实时监测,同时可连接控制设备实现实时智能控制,并可通过安全可靠的CAN总线与中心分站通信.节点采用多路开关实现多路多种信号的智能采集,提高了节点的智能化.软件设计采用多任务和优先级抢占调度机制,实现任务问的并发运行,保证了系统的实时性和可靠性.采用数字滤波技术,减少了数据采集的误差.     

伯方煤矿掘进工作面智能通风管控系统应用

为保证掘进工作面通风安全,根据22040掘进工作面局部通风智能化建设需求,提出局部智能通风管理控制系统,通过多传感器设置实现对环境气氛数据的实时监测,通风机运行参数的智能调控,实夙回风流瓦斯的安全排放;通过全矿井以太网组网,实现各项数据的汇总。系统运行以来,工作面的CH4体积分数、CO体积分数、粉尘浓度等参数均未曾超限。